基于螺旋理论的多环耦合机构的自由度原理研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51105004
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
25.0万
负责人：
刘婧芳
依托单位：
北京工业大学
学科分类：
E0501.机器人与机构学
结题年份：
2014
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2014-12-31

项目参与者：
余跃庆；杜秋月；崔忠炜；徐齐平；李春丽；
关键词：
过约束自由度螺旋理论多环耦合机构

项目摘要

机构自由度分析是机构结构学中的首要研究，是运动和动力分析的基础。多环耦合机构是新型的一类复杂机构，它的自由度分析缺乏系统的理论指导。本项研究旨在开拓空间多环耦合机构自由度研究的新方向，通过对关键问题展开深入研究，对现有的基于反螺旋的自由度理论进行创新和发展，从而建立系统的多环耦合机构的自由度原理。首先，对此类机构进行结构分析，采用"机构分解"或"机构转换"的思想，将多环耦合机构转换为多个简单单元体或并联机构来分析，建立耦合特性分析的理论依据；其次，基于螺旋理论对各单元体或分支进行运动和约束分析，建立过约束的数学描述；然后，采用几何分析法探讨输出件的自由度，并由此对原有的自由度公式进行修订或验证，确立确实可行的自由度计算公式。最后，再应用新建立的理论和公式，对多种不同多环耦合机构的自由度开展研究，通过仿真模拟，进行结果验证、并不断总结完善，使其形成一套系统的多环耦合机构的自由度分析原理。

结项摘要

机构自由度分析是机构结构学中的首要研究。作为新型的一类混联式机构，多环耦合机构的结构复杂性和耦合性决定了不能直接应用现有的方法来对其进行自由度计算，探索多环耦合机构的自由度方法成为了一个新的难题。本项目从最关键的耦合特性和约束分析出发，提出一种基于螺旋理论的多环耦合机构的自由度求解方法，并针对不同类型的耦合机构的分别开展了自由度研究。. 对多环耦合机构开展耦合特性分析。根据节点类型不同，提出三种基础耦合模型。并根据其运动特性，受电学中基尔霍夫定律的启发，提出类似的运动分流标记法及标记原则，并扩展应用于多环耦合机构，建立了耦合机构的结构解耦法。应用此解耦方法可以将任意多环耦合机构分解为多个具有独立运动的结构。. 基于螺旋理论进行运动约束分析，提出多环耦合机构的等效方法。该等效方法对节点从机架开始进行分级，以逐级级节点为研究对象，依次对其进行运动约束分析，基于广义运动链迭代替换的方法，将每一个独立运动链结构等效为一个单链，从而将多环耦合机构等效转化为普通并联机构，即可用我们之前的自由度方法来计算等效并联机构的自由度。此等效方法不仅有助于正确求得约束，而且大大简化了分析过程。. 应用新方法分别对多种典型多环耦合机构自由度开展了深入研究，并通过Solidworks仿真建模、原型对比等方法，表明新方法具有有效性。同时，这些典型机构代表了现有多环耦合机构的基本类型，研究结果进一步表明了新方法对多环耦合机构的适用性。. 本项研究是对现有的基于螺旋理论的自由度原理的发展和创新，可为多环耦合机构的构型综合及设计开发提供重要的理论意义和实用价值。发表学术论文7篇，其中SCI收录1篇，EI收录5篇。